作者：陈彪 1，2，陈慧 3 ，孙青 3 ，张俭 3 ，盛嘉伟 3，* （1. 浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 311121； 2. 浙江省火力发电高效节能与污染物控制技术研究重点实验室，杭州 311121； 3. 浙江工业大学 材料科学与工程学院，杭州 310014）

摘 要：燃煤发电会产生大量的含硫危害气体，烟气湿法脱硫工艺是燃煤电厂最常使用降低烟气污染的技 术，脱硫效果显著，但湿法脱硫产生的废水会造成二次污染，须要进行特殊处理。从烟气脱硫废水的处理现状 入手，简述了脱硫废水产生来源、水质特点及其危害，重点介绍了基于蒸发结晶技术和烟气余热干化技术的脱 硫废水零排放工艺路线，分析了其核心技术原理及优缺点，比对了其应用效果，并从知识产权角度分析了零排 放的技术主体，并展望了脱硫废水零排放技术的发展趋势。

关 键 词：脱硫废水；零排放；干化技术；烟道蒸发


燃煤发电仍是我国现阶段最主要发电方式，煤 在燃烧过程中会产生含有大量二氧化硫的烟气并对 空气造成污染，因此必须采用恰当的烟气脱硫方式。 我国大多数燃煤电厂采用石灰石-石膏湿法对烟气 进行脱硫，该法会产生含有高浓度的氯离子、硫酸 根离子和重金属离子的脱硫废水。目前脱硫废水多 采用中和-化学沉淀-絮凝-澄清的传统工艺处理，产 出水质不能满足现今环保要求，具有硬度高、氯离 子浓度高、腐蚀性强等缺点，难以处理、回收和利 用，直接排放将对环境造成严重危害。随着《全面 实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》和《火 电厂污染防治技术政策》的颁布实施[1-3]，对燃煤电 厂节水与污染物排放提出了更加严格的要求，使得 脱硫废水零排放技术成为研究热点。 脱硫废水零排放工艺路线繁多，其核心技术主 要分为蒸发结晶技术和烟气余热干化技术。本文对 燃煤电厂脱硫废水的来源和水质特点、脱硫废水零 排放工艺核心技术原理及其优缺点和研究应用现状 进行了介绍，并对下一步脱硫废水零排放技术的研 究方向进行了展望。

1 燃煤电厂脱硫废水的来源及特点

在燃煤电厂，烟气污染物主要包括了二氧化硫、 硫化物、氯化物、氟化物、重金属离子和烟尘等， 为了防止硫化物的污染，要对含硫烟气进行脱硫处 理。按工艺特点目前主要可分湿法、半干法和干法3 种烟气脱硫技术，中国烟气脱硫技术和其应用比 例如图 1 所示，大部分燃煤电厂采用石灰石-石膏湿 法脱硫工艺[4]。湿法脱硫工艺为避免系统内污染物 富集，须排放一部分废水以维持系统内污染物浓度， 这部分废水主要含有大量悬浮物、过饱和的亚硫酸 盐、硫酸盐以及重金属等污染物[5-8]。脱硫废水水质 特点及其可能危害影响见表 1。

2 脱硫废水零排放技术

目前燃煤电厂应用最广泛的脱硫废水处理技 术是“三联箱”法，即化学混凝沉淀法，处理工艺 流程见图 2。该工艺是较为成熟的脱硫废水处理技 术，但其化学药剂用量大、出水水质无法达到回用 水要求，且污泥产生量大、难处理，使其无法满足 新形势下脱硫废水的处理要求。因此，脱硫废水零 排放理念自提出以来就受到了广泛的重视，脱硫废 水深度处理新技术和新工艺被不断研发和应用。 脱硫废水综合处理利用，一般根据实际脱硫废 水水质和水量情况，经由预处理、浓缩减量、末端 固化等多步骤形成一套完整的脱硫废水零排放处理 系统[9-10]。末端固化处理是其中的关键步骤，根据原 理的不同现阶段主要分为两种思路[11-12]: 1）蒸发结晶。即使脱硫废水中的溶解盐结晶 析出，并对结晶盐固体进行单独处理。 2）烟气余热干化。即利用锅炉烟气余热干化 脱硫废水，并对干化产物进行综合利用。 蒸发结晶的原理是将经预处理与浓缩后的脱 硫废水，利用烟气、蒸汽或热水等热源进行蒸发， 蒸发产生的水汽直接挥发或冷凝后回用，浓缩的污 染物以结晶盐析出，干燥后综合利用或处置。烟气 余热干化技术则是将脱硫废水雾化后喷入烟道或旁 路烟道中，经过烟气热量加热、蒸发，溶解性盐结 晶析出后随烟气一起经过除尘除气处理后进入灰渣 系统。蒸发结晶技术与烟气余热干化技术各自具有 优缺点和适用范围，实际燃煤电厂脱硫废水零排放 技术选择和工艺设计需要结合各电厂的实际情况制 定[13-14] 。
2.1 蒸发结晶技术 蒸发结晶技术是指利用蒸发结晶设备对脱硫 废水进行深度处理继而实现高纯度结晶盐和回收水 的一种技术。当前，最为主流的蒸发结晶工艺[15-16] 包括多效蒸发技术（MED）与蒸汽机械再压缩技术 （MVR）。

2.1.1 多效蒸发技术 多效蒸发技术（MED）是将多个蒸发器装置进 行串联使用，每一个蒸发器视为一效，前一效为后 一效提供加热蒸汽，后一效作为前一效的冷凝器， 以此类推。多效蒸发工艺流程如图 3 所示。


过程蒸汽热能得到多次循环利用，热能利用效率 高、操作弹性大，不足之处在于该工艺占地面积大、 蒸汽消耗量大。广东河源电厂采用四效立管强制循 环蒸发结晶技术，实现了脱硫废水的零排放；山东 某电厂采用三效蒸发结晶法对脱硫废水进行深度处 理。

2.1.2 蒸汽机械再压缩技术

蒸汽机械再压缩技术（MVR）是利用机械压缩 机对二次蒸汽进行压缩，使其温度和压力可以满足 作为蒸发器热源的条件，从而再次对废水进行蒸发 产生新的二次蒸汽，以此循环蒸发。蒸汽机械再压 缩工艺流程如图 4 所示。

蒸汽机械再压缩技术与多效蒸发技术相比，其 系统换热效率高、占地面积小，并且在运行成本和 能耗方面占据优势。如国电汉川电厂与佛山三水恒 益电厂就采用 MVR 技术来实现脱硫废水的零排放。 佛山三水恒益电厂脱硫废水处理系统工艺流程见图 5。

2.2 烟气余热干化技术

烟气余热干化技术是将废水通过喷嘴雾化方式 进入烟道，受高温烟气快速蒸发汽化，其中各种固 态小颗粒会通过烟气静电除尘系统进入干灰中，既 而完成脱硫废水零排放处理[17-18]。常见喷嘴雾化器 包括双流体雾化器与旋转雾化器（图 6）。目前，烟 气余热干化技术主要包括主烟道烟气干化技术和旁 路烟道烟气干化技术。

2.2.1 主烟道烟气干化技术

主烟道烟气干化技术是指将脱硫废水经喷嘴 雾化，直接喷入空气预热器和烟气除尘器之间的烟 道内，在烟气余热作用下迅速干燥蒸发，废水中的 悬浮物和一些可溶性固体结晶形成细小固体颗粒， 随烟气进入除尘器中，实现脱硫废水的零排放[19] 。 主烟道烟气干化工艺流程如图 7 所示。该技术设备 操作简单，占地面积小，无须添加化学药剂，运行 成本低，能够提高烟气湿度和电除尘器对烟气的除 尘效率，但在处理过程受烟气温度、烟道长度等限 制。目前主烟道烟气干化技术在国外有着广泛的应 用，但在国内应用率不高，仅在内蒙古上都电厂、 焦作万方电厂和宁夏灵武电厂等开展了工程应用。

2.2.2 旁路烟道烟气干化技术

旁路烟道烟气干化技术与主烟道烟气干化技 术的基本原理相同，将脱硫废水经雾化喷射装置雾 化之后喷入新建的旁路烟道和蒸发器中，再从空气 预热器引入高温烟气，直接接触雾化废水进行热交 换将废水蒸发。蒸发后的水蒸气进入烟气，悬浮物 和可溶物的细小固体颗粒被除尘器去除，既而实现 脱硫废水零排放处理[20-23]。旁路烟道烟气干化工艺流程如图 8 所示。该技术自动化程度高，设备简单， 烟气热量利用率高，且旁路烟道系统相对独立于主 系统，对主系统影响较小，维修便利，与主烟道烟 气干化技术相比可有效避免烟道腐蚀、结垢与积灰 风险。与此同时，也存在占地面积大、投资成本高、 影响锅炉热效率等不足之处。焦作万方电厂于空气 预热器设置旁路烟道蒸发，虽从主系统抽取烟气， 锅炉效率略有下降，但完全处理了全厂高盐脱硫废 水；广西北海某电厂采用旁路烟道烟气干化对脱硫 废水进行处理，利用 300~350 ℃的高温烟气与雾化 的脱硫废水在旁路蒸发器内充分混合蒸发，成功实 现了脱硫废水的零排放。 3 蒸发结晶技术与烟气余热干化技术 优劣对比 蒸发结晶技术和烟气余热干化技术作为燃煤 电厂脱硫废水零排放的主流核心技术，有其各自的 优缺点和适用范围，两种技术的优缺点总结见表 2 [24-27] 。

4 脱硫废水零排放技术的应用研究 当前零排放过程的几种关键技术，蒸发结晶技 术及利用烟气余热干化技术都能实现脱硫废水的零 排放。蒸发结晶技术成熟且稳定，成本高，结晶混 回收利用低；烟气余热干化技术利用烟气余热，能 耗低，成本低，但目前仍在研究推广阶段。两种技 术在经济性、适用性及改造过程中都存在不同程度 的问题。 脱硫废水零排放技术路线须结合燃煤电厂的 生产及废水特点来选择，采用多种工艺配套组合， 形成一套高效、低成本的脱硫废水零排放处理系统。 表 3 列举了国内燃煤电厂脱硫废水零排放技术的实 际应用与工艺路线 [28-30]。

5 脱硫废水零排放技术专利分析 结合技术、法律及经济 3 个指标，通过国家知 识产权专利分析系统对脱硫废水零排放技术专利统 计进行了分析[31-34]。随着各国对知识产权的日益重 视，以及国内外对脱硫废水零排放相关技术创新能 力提升，其专利申请数量正在稳步提升，其中中国 申请专利占据专利总量的一半以上。国内脱硫废水 零排放相关专利申请多集中在北京、江苏、浙江、 陕西和福建等省和直辖市，国外则主要是日本栗田 工业与美国康艺公司专利申请占比较大。从专利类 型看，国内申请的发明专利与实用新型专利占比大 致均等，我国脱硫废水处理技术大多以现有工厂实 际存在的问题为导向进行改进和创新。从专利申请人看，在国内脱硫废水排放处理领域，企业是技术 创新的主要力量，其中以中国石油化工集团有限公 司和大唐环境产业集团股份有限公司实力最为强劲， 浙江省能源集团有限公司近年来也紧随其后加快技 术研发，但大专院校和各科研机构尚未成为该领域 的创新主体。从专利技术构成看，各零排放工艺都 会先对脱硫废水进行浓缩减量处理，烟道干化技术 与蒸发结晶技术结合副产物的资源化利用技术已成 为专利的主要申请方向[35-40] 。

6 结论与展望

我国脱硫废水零排放技术仍处于初步阶段，零 排放技术存在工艺不成熟、投资运行成本大、适用 性弱等不足，推广应用率不够高。因此如何进行技 术革新，开发高效益、低成本、适用范围广的脱硫 废水零排放新工艺，将是技术研究重点。 现存的蒸发结晶技术具有操作弹性大、对水质 适应能力强等优点，但也存在预处理要求高、浓缩 减量复杂、系统耗能高的缺点。在相关后续研究中 应着重考虑脱硫废水预处理和浓缩减量的优化技术， 开发新型化学混凝剂，提高混凝处理效果，降低用 量节约成本。现存烟道烟气余热干化技术具有工艺 简单、耗能低和对后续设备影响小等优点，但对工 艺设计要求较高且未处理终端固化产物，存在一定 的环境风险。在相关后续研究中应着重于烟道长度 及烟气温度、液滴粒径和喷嘴布置等因素对废水处 理效果的影响，及优化改善后续固化产物及低温余 热的综合利用模式。 最近一种新的脱硫废水零排放技术被提出，该 技术先利用纳滤系统对脱硫废水进行初步浓缩，纳 滤产水经由电渗析系统和蒸发结晶系统处理得高纯 度工业盐，纳滤浓水通过碟管式反渗透系统和烟气 蒸发系统深度处理。这种脱硫废水双路浓缩技术结 合了蒸发结晶技术和烟气余热干化技术的优点， 具 有污染物去除彻底、系统运行高效稳定等特点，或 许能为燃煤电厂脱硫废水零排放技术的优化提供新 的思路。